中法地勘的地基承載力對比探究

仲 良 高 宇

(上海水業設計工程有限公司，上海 200082)

1 概述

地基承載力是土建工程中對巖土地質情況反映的重要參數。目前，在估算地基承載力時，主要基于以下三種方法：理論公式、承載力經驗表和原位測試。理論公式的基礎一般也是以室內或原位試驗資料來進行計算，而作為巖土勘察工程的重要組成部分，實際上室內試驗存在著許多局限和問題。室內土樣的應力狀態與原位應力狀態不同，試驗結果本身就存在一定的誤差，而各個土工實驗室水平參差不齊，可能無法保證試驗的質量。相對于室內試驗而言，原位測試技術具有更貼近實際的優勢。首先，原位試驗都是在現場進行，不需要進行采樣，直接測定巖土力學性質，對于土體的擾動要遠遠小于室內試驗，因此原位測試可以更真實地反映出巖土的實際參數和性質，測試結果也就更接近于實際情況，更有利于后續工程的設計和施工。目前常用的有靜力觸探、旁壓試驗、動力觸探、波速試驗、載荷試驗等，可以參考具體的工程情況靈活應用，不同試驗的搭配組合可以得出不同的工程參數。

巖土體的工程評價是復雜的，是基于大量的試驗測試數據及工程應用才能較為準確地得出。我國技術規范是大量工程經驗總結的成果，而工程經驗是有一定的適用范圍和局限性的。我國的巖土勘察報告中運用最多的原位測試是靜力觸探法和標準貫入試驗，對實驗結果進行經驗公式的計算得到地基承載力。歐洲規范多是推薦性的，對工程技術人員只是參考指導作用。法國規范中強調原位測試，特別是旁壓實驗，能夠直接用于計算地基承載力的方法僅旁壓實驗和靜力觸探實驗兩種。在工程實踐中梅納爾旁壓實驗應用廣泛，建立了大量旁壓極限壓力、旁壓模量與地基承載力，樁基極限摩阻力間的相關關系[1]。

我國巖土規范對地基承載力確定方法的規定也是此三種，但具體公式與歐洲規范有所不同，且法國規范更貼近使用原位試驗的結果。

2 地基承載力的理論研究

1)我國規范中的理論計算地基承載力基本假定為地基土為彈性體，局部出現塑性區開展的最大深度為基礎寬度的1/4。歐洲規范推薦采用的太沙基極限承載力計算方法基本假定地基土為剛塑體，適用于豎向及傾斜荷載，剛塑體處于極限平衡狀態，最終采用的地基承載力取值通過不同的安全系數來確定[3]。

2)對于原位試驗，靜動力觸探在我國的《巖土工程勘察規范》中已有比較詳細的說明，且已逐步與國際接軌，例如10.4.1條圓錐動力觸探試驗的條文說明“重型重力觸探是應用最廣泛的一種，其規格標準與國際通用標準一致”[4]。但由于我國對于探頭傳感器的革新較少，仍以單橋探頭和雙橋探頭為主，造成了國際學術交流上的困難。而且與發達國家在理論研究、應用范圍等技術層面上的差距仍然很大。而法國、美國、德國、日本等多國已經創立了一套完整的旁壓試驗及結果應用方法，旁壓試驗也成為了測定巖土體力學性質的主要手段。預鉆式旁壓儀適用于各種地層，從軟土層到致密堅硬土層，甚至在軟巖地層都有著很好的應用[5]。旁壓試驗引進到國內的時間很早，但其應用價值并未引起廣泛重視，對其理論方面投入的研究也較少,尚未建立起一個完整的試驗及結果應用方法。

3)實際上由于我國基礎設施及大量土建項目在海外的開展，尤其是非洲等采用歐洲規范體系的國家，我國的地勘水平需要加大發展力度去與國際接軌，才能更好的服務于世界各國的建設工程。國內有很多企業公司已經開始嘗試：例如基于梅納爾旁壓試驗得到的參數去進行橋梁樁基計算[6]、地基土沉降計算[7]、淺基礎地基承載力計算[1]等；而我公司承接的喀麥隆雅溫得市供水工程也涉及到了法國的地質勘查。下面通過對工程地質的勘察結果進行對比分析，得出適合工程使用的地質參數。

3 工程概況

喀麥隆政府決定在薩納加河上新建一座300 000 m3/d的飲用水處理廠及管網配套工程以滿足雅溫得，OBALA，BATCHENGA和附近居民用水及工業用水。區內地層主要有：剛果克拉通(剛果穩定地塊)的太古代基底和新太古代～新元古代基底、新元古代泛非覆蓋層、泛非洲后期覆蓋層及第四系地層。工程區位于新元古代泛非洲覆蓋層之上，屬于雅溫得組地層。根據中方地勘說明各地層現分述如下：

剛果克拉通(剛果穩定地塊)：

太古代基底：巖性為變粒片麻巖系統、片狀角巖、紫蘇花崗閃長巖、紋長二長巖。太古代侵入巖：巖性為殘斑狀黑云母—角閃石黑云母花崗閃長巖、核狀細粒紫蘇黑云母花崗閃長巖。新太古代～新元古代基底：巖性為鐵英～石英片麻巖系統——片狀角巖、變余糜棱巖、鐵英巖等。

新元古代泛非洲覆蓋層：

雅溫得地層：巖性為(雙云母、重熔混合)片麻巖、(含雙云母、石榴石、藍晶石、十字石)云母片巖、石英質片巖或白云母—綠泥石片巖(膜片鑒定為云母長英質變晶糜棱巖)。

泛非洲后期覆蓋層：

白堊系～上第三系火山堆積地層，主要為礫石及角礫熔巖。第四系地層：河相沉積、殘坡積沉積以及海濱沉積[8]。

4 地質勘察方法對比

我國地勘采用了常規物理力學性質試驗、顆粒分析試驗、巖石單軸抗壓強度試驗、標準貫入試驗、動力觸探試驗、直接剪切試驗巖土參數如表1所示(僅列出部分參數)。

表1 中方巖土設計參數建議值表

其參數已經可以滿足國內設計要求，而法國監理對國內的地質勘察不能完全采納，提出需再進行按法國地勘要求的勘察。故將施工圖勘察再次委托給喀麥隆國家實驗室INFRA-SOL完成。

喀麥隆國家實驗室在法國標準的基礎上進行了重型動力觸探儀鉆探，旁壓鉆探，人工探井，分類試驗。中法鉆探孔見圖1 ，首先從鉆孔的點上來看：圖1中SPDL為法標勘察的孔點，鉆孔數量相對于國內勘測鉆孔少很多，主要是由于法勘用來輔助法國監理用于審核圖紙用，故測孔較少。SPDL5,SPDL8,SPDL9,SPDL11均為重型動力觸探，SPDL2采用的是旁壓鉆探。由動力觸探得到的土壤的允許應力見表2，表2給出了每個鉆探根據其深度得出的土壤允許應力σadm(單位：巴)，1巴相當于100 kPa。類似于國內的地基承載力。

表2 法方房屋基礎允許應力(σadm)

旁壓試驗結果顯示研究區域的下層土主要由堅硬、密實、超固結黏土和紅土硬殼組成，試驗結果如表3所示。

5 中法承載力對比

中勘3208號測孔與法勘的SPDL11測孔基本位于同一點，中勘3207號測孔與法勘的SPDL8測孔基本位于同一點。故對此地基承載力進行詳細分析，按每隔2 m深度取承載力分析。中勘地層剖面見圖2。

表3 法方規范下旁壓試驗結果

中國規范需對承載力進行修正，按地基基礎設計規范，修正，基礎寬度b取3，γm取18 kN/m3，ηd取1.2～1.5；法勘采用允許應力評價承載力，單位均換算為kPa。中法地基承載力對比見表4。

表4 中法地基承載力對比

6 結論與展望

工程中中勘地基承載力隨地層加深而逐漸增大，而法勘提出的承載力是存在局部減小的情況，即埋深越深并不能提供更大的允許應力，也就是說明中勘可能對下部的地層存在判斷有誤的情況。總的來看中勘的承載力是比法勘更保守一些，也與文獻中的計算結果類似，承載力計算值基本接近但我國規范計算值偏低[3]。實際上法勘的計算結果并不能完全應用于中國的上部結構設計，故在此承載力的對比僅是作為一個兩種規范間的參考。

考慮出現差異的原因：中國規范采用的是深度的修正計算來推測實際地層的承載力，屬于偏理論解，且根據地層不同采用的承載力特征值直接代表了整層的土層；法勘采用實際所在位置的實測值，并對土層的各個深度均進行了承載力推測，與中國規范的土層分層再計算有所區別，從而帶來了一定偏差；另外兩方的試驗方式的區別也是承載力結果差異的原因。

伴隨著一帶一路政策的開展，中國有更多的企業走向國際，中國的地質勘查水平需要越加國際化和通用化，故需要更加注重地質原位試驗，多學習西方先進技術，并多加運用到國內國際項目中，成為自身技術發展的手段。